from ..core.problem_definition_base import ProblemDefinitionBase
from ..core.simulation_parameters import SimulationParameters
from typing import Dict, Any, Optional, List

# FEniCSx相关的导入，同样使用条件导入
try:
    import dolfinx
    from dolfinx import fem, mesh
    import ufl
    from ufl.core.expr import Expr as UFLExpr # 显式导入并重命名以避免冲突
    from mpi4py import MPI
    FENICSX_AVAILABLE = True
except ImportError:
    FENICSX_AVAILABLE = False
    # 用于类型提示的虚拟类型
    class fem:
        class Function: pass
        class DirichletBC: pass
    class mesh:
        class MeshTags: pass
    class ufl:
        class Form: pass
        class Argument: pass
        class Measure: pass
    class UFLExpr: pass # 虚拟类型 UFLExpr
    class MPI:
        class Comm: pass

class ThermalProblem(ProblemDefinitionBase):
    """
    求解热传输方程 (温度 T) 的问题定义。
    这考虑了来自各种来源（欧姆热、反应热、相变热）的热量产生
    和通过材料的传导。
    """
    def __init__(self,
                 problem_name: str, # 例如, "T_cell", "T_cathode_cl"
                 fem_entities: Dict[str, Any],
                 material_functions: Dict[str, Any],
                 params: SimulationParameters,
                 # 可选的 UFL 表达式，用于从其他物理场耦合的项
                 volumetric_heat_source_term_ufl: Optional[UFLExpr] = None, # Q_total (W/m^3)
                 # 如果考虑对流传热，可能需要速度场
                 # velocity_field_ufl: Optional[UFLExpr] = None, 
                 domain_tags: Optional[mesh.MeshTags] = None,
                 dx_measure: Optional[ufl.Measure] = None,
                 ds_measure: Optional[ufl.Measure] = None,
                 boundary_markers: Optional[Dict[str, Any]] = None,
                 comm: Optional[MPI.Comm] = None,
                 **kwargs):
        """
        初始化热问题。

        参数:
            problem_name (str): 此热问题的唯一名称。
            fem_entities (Dict[str, Any]): 基本的 FEniCSx 实体。
            material_functions (Dict[str, Any]): 材料属性，期望包含有效的热导率 ('thermal_conductivity')。
                                                如果考虑对流，可能还需要密度 ('density') 和比热容 ('specific_heat_capacity')。
            params (SimulationParameters): 所有模拟参数。
            volumetric_heat_source_term_ufl (Optional[UFLExpr]): 
                体积热源项的 UFL 表达式 (例如，欧姆热、反应热、相变潜热之和)。
            domain_tags (Optional[dolfinx.mesh.MeshTags]): 域的网格标签。
            dx_measure (Optional[ufl.Measure]): 用于体积积分的 UFL 度量。
            ds_measure (Optional[ufl.Measure]): 用于面积积分的 UFL 度量。
            boundary_markers (Optional[Dict[str, Any]]): 将边界名称映射到标记 ID。
            comm (Optional[MPI.Comm]): MPI 通信器。
            **kwargs: 额外的关键字参数。
        """
        self.volumetric_heat_source_term_ufl = volumetric_heat_source_term_ufl
        # self.velocity_field_ufl = velocity_field_ufl # 如果需要对流
        # fem_entities 中的变量键，例如 "T" 或 problem_name
        self.variable_key_in_fem_entities = kwargs.pop('variable_key', 'T') 

        super().__init__(problem_name=problem_name,
                         fem_entities=fem_entities,
                         material_functions=material_functions,
                         params=params,
                         domain_tags=domain_tags,
                         dx_measure=dx_measure,
                         ds_measure=ds_measure,
                         boundary_markers=boundary_markers,
                         comm=comm,
                         **kwargs)

    def setup_problem(self) -> None:
        """
        为温度 (T) 设置变分问题。
        稳态热传导方程 (忽略对流和瞬态项的简化形式):
            ∇ ⋅ (-k_eff ⋅ ∇T) = Q_total
        其中:
            T 是温度 (待求解变量)。
            k_eff 是有效热导率。
            Q_total 是总体积热源 (W/m^3)。

        变分形式 (假设 k_eff 不是 T 的函数，对于线性形式):
            ∫_Ω (k_eff ⋅ ∇trial_T ⋅ ∇test_T) dΩ = ∫_Ω Q_total ⋅ test_T dΩ + BC_terms
        """
        if not FENICSX_AVAILABLE:
            print(f"警告: FEniCSx 不可用。跳过 {self.problem_name} 的 setup_problem()。")
            self._bilinear_form = None # 确保这些在 FEniCSx 不可用时被定义为 None
            self._linear_form = None
            self._bcs = []
            return

        # 1. 识别要求解的 fem.Function (例如, T) 及其函数空间
        solution_vars = self.fem_entities.get('solution_variables', {})
        if self.variable_key_in_fem_entities in solution_vars:
            self._variable_to_solve = solution_vars[self.variable_key_in_fem_entities]
            if not isinstance(self._variable_to_solve, fem.Function):
                raise TypeError(f"'{self.variable_key_in_fem_entities}' 必须是 dolfinx.fem.Function 类型。")
            V_T = self._variable_to_solve.function_space
            if V_T is None: raise ValueError(f"'{self.variable_key_in_fem_entities}' 的函数空间为 None。")
        else:
            # 尝试从函数空间字典中获取，如果变量尚未创建
            function_spaces = self.fem_entities.get('function_spaces', {})
            if self.variable_key_in_fem_entities in function_spaces:
                V_T = function_spaces[self.variable_key_in_fem_entities]
                # 在这里，我们需要创建一个 fem.Function 作为 self._variable_to_solve
                # 但这通常应该在 SolverManager 或类似的地方完成，ProblemDefinition 只是引用它。
                # 为了简单起见，如果它不存在，我们将引发错误，因为 ProblemDefinition 不应该创建 SolutionVariable。
                raise KeyError(f"'{self.variable_key_in_fem_entities}' 在 solution_variables 中未找到，虽然在 function_spaces 中找到了。请确保 solution_variable 已创建。")
            else:
                raise KeyError(f"求解变量 '{self.variable_key_in_fem_entities}' (用于温度) 或其函数空间未找到。"
                               f"可用的 solution_variables: {list(solution_vars.keys())}。 "
                               f"可用的 function_spaces: {list(function_spaces.keys())}。")

        # 2. 识别试函数和试验函数
        self._test_function = ufl.TestFunction(V_T)
        self._trial_function = ufl.TrialFunction(V_T)

        trial_T = self._trial_function
        test_T = self._test_function

        # 3. 获取材料属性: 有效热导率
        k_eff = self.material_functions.get("thermal_conductivity")
        if k_eff is None:
            # 尝试更具体的名称，例如 'thermal_conductivity_cathode_cl'
            # 移除 'T_' 前缀来构造可能的区域特定键
            region_suffix = self.problem_name
            if region_suffix.startswith("T_"):
                region_suffix = region_suffix[2:] # 例如, 'T_cathode_cl' -> 'cathode_cl'
            
            region_specific_key_list = [
                f"thermal_conductivity_{region_suffix}", # 例如 thermal_conductivity_cathode_cl
                f"k_eff_{region_suffix}" # 例如 k_eff_cathode_cl
            ]
            for key_to_try in region_specific_key_list:
                k_eff = self.material_functions.get(key_to_try)
                if k_eff is not None:
                    break
            
            if k_eff is None:
                raise ValueError(f"材料属性 'thermal_conductivity' (或特定于区域的变体，如 '{region_specific_key_list[0]}') 未找到。")
        
        if not hasattr(k_eff, '__mul__'): # 检查是否与 UFL 兼容
             raise TypeError("材料 'thermal_conductivity' 与 UFL 不兼容。")

        # 4. 定义变分形式分量
        dx = self.dx_measure
        if dx is None: raise ValueError(f"'{self.problem_name}' 未提供 dx_measure。")

        # 传导项 (双线性形式)
        # ∫_Ω (k_eff ⋅ ∇trial_T ⋅ ∇test_T) dΩ
        self._bilinear_form = k_eff * ufl.dot(ufl.grad(trial_T), ufl.grad(test_T)) * dx
        
        # 初始化线性形式: ∫_Ω 0 ⋅ test_T dΩ
        self._linear_form = ufl.as_ufl(0) * test_T * dx

        # 体积热源项 (线性形式): ∫_Ω Q_total ⋅ test_T dΩ
        if self.volumetric_heat_source_term_ufl is not None:
            if not hasattr(self.volumetric_heat_source_term_ufl, '__mul__'):
                raise TypeError(f"{self.problem_name} 的 volumetric_heat_source_term_ufl 与 UFL 不兼容。")
            self._linear_form += self.volumetric_heat_source_term_ufl * test_T * dx
        
        # 可选: 对流项 (如果 velocity_field_ufl 和相关属性提供)
        # if self.velocity_field_ufl is not None:
        #     rho = self.material_functions.get("density")
        #     cp = self.material_functions.get("specific_heat_capacity")
        #     if rho is not None and cp is not None:
        #         # 添加到双线性形式: ∫ ρ * cp * (v ⋅ ∇trial_T) * test_T dΩ
        #         self._bilinear_form += rho * cp * ufl.dot(self.velocity_field_ufl, ufl.grad(trial_T)) * test_T * dx
        #     else:
        #         print(f"警告: 为 {self.problem_name} 提供了速度场，但缺少密度或比热容，无法添加对流项。")

        # 5. 定义狄利克雷边界条件
        self._bcs = [] # 初始化为空列表
        # 示例: 固定外部边界温度
        # external_boundary_marker_name = "external_surface_temp_fixed" # 假设在 boundary_markers 中定义的名称
        # fixed_temp_value_param = "ambient_temperature" # 假设在 params.boundary_conditions 中定义的参数名称
        
        # if self.boundary_markers and external_boundary_marker_name in self.boundary_markers and \
        #    hasattr(self.params, 'boundary_conditions') and hasattr(self.params.boundary_conditions, fixed_temp_value_param):
            
        #     marker_id = self.boundary_markers[external_boundary_marker_name]
        #     temp_value = getattr(self.params.boundary_conditions, fixed_temp_value_param)
            
        #     # 假设 V_T.mesh.topology.dim - 1 是边界面的维度
        #     # facet_dim = V_T.mesh.topology.dim - 1
        #     # boundary_facets = dolfinx.mesh.locate_entities_boundary(V_T.mesh, facet_dim, lambda x: x == marker_id) # 这需要一个标记函数
        #     # fixed_temp_dofs = fem.locate_dofs_topological(V_T, facet_dim, boundary_facets)
        #     # self._bcs.append(fem.dirichletbc(fem.Constant(V_T.mesh, temp_value), fixed_temp_dofs, V_T))
        # else:
        #     # print(f"调试: 未能为 {self.problem_name} 设置固定的外部温度边界条件。检查标记和参数。")
        #     pass
            
        # 检查必要的实体是否已设置
        if self._bilinear_form is None or self._linear_form is None:
            raise RuntimeError(f"'{self.problem_name}' 的变分形式未正确设置。")

        # print(f"信息: 问题 '{self.problem_name}' (ThermalProblem) 设置完成。")
        # print(f"  双线性形式已组装: {self._bilinear_form is not None}")
        # print(f"  线性形式已组装: {self._linear_form is not None}")
        # print(f"  定义的边界条件数量: {len(self._bcs)}") 